[发明专利]一种调控人参皂苷积累的PDR转运蛋白基因启动子及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及一个可以调控人参皂苷积累的PDR转运蛋白基因的启动子。

背景技术

人参（P. ginseng C.A. Meyer）为五加科人参属多年生草本植物，是名贵中药材。人参中含有多种药用成分，其中人参皂苷是人参最主要的活性成分。目前已从人参根中分离出50余种人参皂苷，现代医学研究证明各皂苷单体具有重要的药用价值，且已广泛应用于临床。但是其中一些具有抗肿瘤、抗衰老、抑制细胞凋亡和增强免疫力等活性强的皂苷含量极低。利用人参皂苷合成代谢相关的基因调控技术促进人参皂苷的合成与积累具有重要的理论价值和应用前景。

基因的有效转录和表达是发挥其基因功能的重要条件，基因成功转录和表达需要依靠启动子对其的调控，启动子与RNA聚合酶、转录调控因子等相互作用发挥其调控的功能。真核生物中的TATA和CAAT框，它们决定了转录的起始位点和效率，负责和RNA聚合酶结合，启动基本转录过程。启动子组件有许多不同的类型，包括病原诱导型作用元件、组织特异型作用元件和化学诱导作用元件等。其中化学物质诱导型作用元件在促进次生代谢产物合成方面起重要作用。在次生代谢产物合成与积累相关基因的表达过程中，顺式作用元件通过与转录因子的相互作用发挥着重要调控作用：环境刺激经过一系列信号转导、传递后，激活防卫相关转录因子与特异顺式作用元件的相互作用，从而实现相关防卫功能基因的表达。鉴于顺式作用元件的上述重要调控作用，使用诱导型启动子介导的抗性基因无疑具有多方面的优势，因此鉴定次生代谢产物合成与积累相关的诱导型启动子已成为目前植物分子生物学研究的热点之一。在人参次生代谢调控中，可以通过导入关键酶等基因调控合成途径中的多步限速反应，或者通过顺式作用元件在转录水平调控人参皂苷合成、转运和积累相关基因的表达，从而提高人参皂苷的含量。

植物ABC（ATP-binding cassette transporter）转运蛋白是目前已知最大，功能最广泛的蛋白家族，ABC转运蛋白属跨膜运输蛋白，利用水解ATP释放的能量转运有机酸、生物碱、细胞代谢产物和药物等。参与细菌耐药性、次生代谢产物积累、胁迫反应和肿瘤抗药性等。ABC转运蛋白家族包括多向耐药性蛋白（pleiotropic drug resistance，PDR），多药耐药性蛋白（multidrug resistance，MDR）等。PDR是其中最大的亚族，是植物和真菌中特有的一种ABC转运蛋白。但目前对植物PDR基因相关研究甚少，离体细胞培养中，香紫苏醇可诱导NpPDR1基因上调表达，在细胞内NpPDR1蛋白累积增强了细胞向胞外转运香紫苏醇以及其类似物的能力。拟南芥（A. thaliana）细胞内香紫苏醇的累积亦能诱导AtPDR12基因上调表达，同时在细胞外检测到AtPDR12蛋白向胞外转运的香紫苏醇，推测萜类物质可能是AtPDR12基因表达的上游调控物质。矮牵牛中PhPDR1蛋白可以转运一种新发现的植物激素-独角金内酯，进而促进矮牵牛分枝。因而，PDR转运蛋白基因在调控次生代谢产物的积累方面具有重要的潜力。然而，在人参中尚无PDR蛋白基因及其调控元件的报道。

发明内容

本发明旨在从人参中分离出受人参皂苷等化学物质诱导调控的诱导型启动子，从而提供一种能够调控人参皂苷转运与积累相关的基因资源，为今后开发基因工程产品奠定基础。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种调控人参皂苷转运与积累的PgPDR1基因的启动子ProPDR1，其序列如SEQ ID NO.1所示。本发明的启动子ProPDR1的序列也可以是与SEQ ID NO.1具有99%以上同源性的DNA序列。

本发明提供的启动子ProPDR1的制备方法为：（1）提取人参根基因组总DNA，以人参根总DNA为模板，构建四个启动子文库：DraI文库、EcoR V文库、Pvu II文库和Stu I文库；（2）分别以构建的DraI文库、EcoR V文库、Pvu II文库和Stu I文库为模板，根据人参PgPDR1基因的5′端序列设计引物，进行PCR扩增；（3）胶回收PCR产物，该产物即得本发明所述的启动子ProPDR1。